RU83137U1 - DENSITY MEASUREMENT DEVICE FOR CONTAMINATED AND CLEAN LIQUIDS - Google Patents

Abstract

Устройство измерения плотности загрязненных и чистых жидких сред, характеризующееся тем, что для проведения измерения плотности дифманометрическим способом устройство содержит один датчик давления, представляющий собой чувствительный пьезорезистивный элемент, который помещен в прикрепленный к пластине корпус и делит внутреннюю полость устройства на две полости равного объема, два разделителя мембранных, жестко прикрепленных на расстоянии, являющемся базой измерений, друг от друга по высоте с обратной стороны пластины вдоль нее, при этом каждый разделитель мембранный выполнен в виде корпуса с упругой мембраной, и подмембранная полость каждого сообщена через прикрепленные жестко трубки с соответствующей полостью корпуса пьезорезистивного элемента, полости под упругими мембранами ниже и выше расположенных разделителей мембранных сообщены через заполняющую их и трубки кремнийорганическую жидкость соответственно с полостями корпуса датчика давления с лицевой и тыльной стороны пьезорезистивного элемента, а к корпусу датчика давления прикреплен блок электроники для обработки выходного разностного сигнала, полученного в результате разницы давлений столбов измеряемой жидкости, и преобразования его в нормированный термокомпенсированный выходной токовый сигнал, при этом к пластине прикреплена полая штанга с кабельными вводами для удержания устройства в вертикальном положении при погружении в жидкую среду и передачи по кабелю, проходящему через штангу указанного выходного сигнала, соответствующего величине измеряемой плотности жидкой среды.A device for measuring the density of contaminated and clean liquid media, characterized in that for carrying out a density measurement by the diffanometric method, the device contains one pressure sensor, which is a sensitive piezoresistive element, which is placed in a housing attached to the plate and divides the internal cavity of the device into two cavities of equal volume, two membrane separator, rigidly attached at a distance, which is the basis of measurements, from each other in height from the back of the plate along it, with each membrane separator is made in the form of a body with an elastic membrane, and the submembrane cavity of each is communicated through rigidly attached tubes with the corresponding cavity of the piezoresistive element body, the cavities under the elastic membranes below and above the membrane separators are communicated through organosilicon fluid filling them and the tubes, respectively, with the body cavities a pressure sensor on the front and back of the piezoresistive element, and an electronics unit is attached to the pressure sensor housing To process the output differential signal obtained as a result of the pressure difference between the columns of the measured liquid and convert it into a normalized thermally compensated output current signal, a hollow rod with cable entries is attached to the plate to hold the device in a vertical position when immersed in a liquid medium and transmitted via cable passing through the bar of the specified output signal corresponding to the value of the measured density of the liquid medium.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности касается конструкции устройств для измерения плотности жидких сред.The utility model relates to measuring technique, in particular, relates to the design of devices for measuring the density of liquid media.

Известно устройство для измерения плотности раствора, чувствительными элементами датчиков давления в котором являются мембранные блоки, и в которых центр мембраны жестко связан с тензометрическим преобразователем усилия. Сигналы тензометрических преобразователей усилия усиливаются предварительными усилителями, и подаются на вход блока преобразования сигнала, где формируются нормированные сигналы датчиков давления и разностный сигнал, пропорциональный плотности раствора, в который погружены датчики давления (см. «Датчик плотности бурового раствора ICS SD 0001. Техническое описание и инструкция по эксплуатации», г.Саратов, «Информ-Компьютер-Сервис» 1998 г.стр.1-4, 12, 14).A device for measuring the density of a solution is known, the sensitive elements of pressure sensors in which are membrane blocks, and in which the center of the membrane is rigidly connected to a tensometric force transducer. The signals of the strain gauge force transducers are amplified by pre-amplifiers, and fed to the input of the signal conversion block, where normalized signals from pressure sensors and a differential signal proportional to the density of the fluid into which the pressure sensors are immersed are generated (see. ICS SD 0001 mud density sensor. Technical description and instruction manual ", Saratov, Inform-Computer-Service 1998, pp. 1-4, 12, 14).

Конструктивно прибор состоит из двух датчиков давления, трубчатого корпуса. устройства крепления датчиков, блока преобразования сигнала. Датчик давления включает в себя корпус из коррозионно-стойкого материала, мембранный блок с мембраной и приводом чувствительного элемента, тензометрический чувствительный элемент с системой термокомпенсации и предварительный усилитель сигнала чувствительного элемента.Structurally, the device consists of two pressure sensors, a tubular body. sensors mounting devices, signal conversion unit. The pressure sensor includes a housing made of corrosion-resistant material, a membrane unit with a membrane and a sensor drive, a strain gauge sensor with a thermal compensation system, and a signal pre-amplifier for the sensor.

Датчик выполнен в цилиндрическом корпусе, в одном торце которого закреплен мембранный блок, содержащий мембрану с приводом. Мембрана изготовлена из специальной стали толщиной 0.03 мм и во избежание налипания раствора отполирована электрохимическим методом. На мембранном блоке смонтированы с помощью упора тензометрический чувствительный элемент и на стойках печатная плата с элементами электрической схемы предварительного усилителя. Выводы печатной платы пропущены в трубчатый корпус и соединены с контактами блока преобразования. Корпус датчика внутри соединен с отрицательным проводом питания предварительного усилителя.The sensor is made in a cylindrical body, in one end of which a membrane block is mounted, containing a membrane with a drive. The membrane is made of special steel with a thickness of 0.03 mm and is polished using an electrochemical method to avoid sticking of the solution. A tensometric sensing element is mounted on the membrane block with the aid of a stop, and a circuit board with elements of the electric circuit of the pre-amplifier is mounted on the racks. The conclusions of the printed circuit board are passed into the tubular housing and connected to the contacts of the conversion unit. The sensor housing is internally connected to the negative lead of the preamplifier.

Измерение плотности производится дифманометрическим способом путем измерения двумя погружными датчиками давления разницы гидростатического давления раствора на постоянной базе измерения. Функция преобразования для данного принципа измерения имеет вид:Density measurement is carried out by the diffanometric method by measuring the difference in the hydrostatic pressure of the solution with two submersible pressure sensors on a constant measurement base. The conversion function for this measurement principle is:

ΔР=P₁-P₂=y_р-ра(H₁-H₂)=y_р-раΔНΔP = P ₁ -P ₂ = y _r-ra (H ₁ -H ₂ ) = y _r-ra ΔН

где: ΔР - разница гидростатического давления на датчиках давления;where: ΔР is the difference in hydrostatic pressure at the pressure sensors;

P₁ - гидростатическое давление на нажнем датчике давления;P ₁ - hydrostatic pressure on the pressure switch;

P₂ - гидростатическое давление на верхнем датчике давления;P ₂ - hydrostatic pressure on the upper pressure sensor;

y_р.ра - плотность раствора;y _r.ra is the density of the solution;

H₁ - глубина погружения нижнего датчика давления;H ₁ - the immersion depth of the lower pressure sensor;

Н₂ - глубина погружения верхнего датчика давления;H ₂ - the immersion depth of the upper pressure sensor;

ΔН=const - разница глубин погружения датчиков давления (база измерения).ΔН = const - the difference in the immersion depths of the pressure sensors (measurement base).

В известном приборе давление столба бурового раствора воздействует на мембрану мембранного блока датчика давления. Усилие, сформированное этим давлением, жестким приводом, закрепленным в центре мембраны, передается на тензометрический чувствительный элемент. Чувствительный элемент выполнен в виде пластины из специальной стали, один конец которой жестко закреплен на корпусе мембранного блока, а на другой посредством ножевого зажима воздействует привод мембраны. На чувствительный элемент в месте наибольшего напряжения наклеены тензорезисторы, включенные в мостовую измерительную схему. Сигнал мостовой измерительной схемы пропорциональный усилию, создаваемому давлением столба бурового раствора, усиливается предварительным усилителем и передается в In a known device, the pressure of the mud column acts on the membrane of the membrane unit of the pressure sensor. The force generated by this pressure, a hard drive fixed in the center of the membrane, is transmitted to the strain gauge. The sensitive element is made in the form of a plate made of special steel, one end of which is rigidly fixed to the membrane unit case, and the membrane drive acts on the other by means of a knife clamp. Strain gages included in the bridge measuring circuit are glued to the sensitive element at the place of the highest voltage. The signal of the bridge measuring circuit is proportional to the force generated by the pressure of the mud column, is amplified by a pre-amplifier and transmitted to

блок преобразования сигнала. Система термокомпенсации мостовой схемы исключает влияние температуры датчика на выходной сигнал. В блоке преобразования из сигналов датчиков давления формируются нормированные сигналы датчиков давления и разностный сигнал, пропорциональный плотности раствора, в который погружены датчики давления. Эти сигналы по соединительному кабелю подаются на выходной разъем блока преобразования сигнала.signal conversion unit. The thermal compensation system of the bridge circuit eliminates the influence of the sensor temperature on the output signal. In the conversion unit, the normalized signals of the pressure sensors and a differential signal proportional to the density of the solution into which the pressure sensors are immersed are formed from the pressure sensor signals. These signals are fed through the connecting cable to the output connector of the signal conversion unit.

Недостаток данного устройства заключается в сложности конструкции и технологии изготовления и необходимости использования специальных материалов с по-парным подбором элементов, требовании для проведения измерений достаточно большой наименьшей глубины погружения (600 мм), что в конечном итоге приводит к тому, что прибор становится чувствительным к любым внешним изменениям (возмущающим воздействиям при проведении измерений), и точность полученных результатов будет иметь варьирующуюся от внешних условий погрешность.The disadvantage of this device is the complexity of the design and manufacturing technology and the need to use special materials with pairwise selection of elements, the requirement for measurements to be sufficiently large, the smallest immersion depth (600 mm), which ultimately leads to the fact that the device becomes sensitive to any external changes (disturbing influences during measurements), and the accuracy of the results will have an error that varies from external conditions.

Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата по упрощению конструкции и технологии изготовления, повышения надежности плотномера и повышению достоверности показателей замеров, в том числе при наличии возмущающих воздействий и возможности уменьшения глубины погружения до 200 мм.This utility model is aimed at achieving a technical result to simplify the design and manufacturing technology, increase the reliability of the density meter and increase the reliability of measurement indicators, including in the presence of disturbing influences and the possibility of reducing the immersion depth to 200 mm.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство измерения плотности любых загрязненных и чистых жидких сред, характеризуется тем, что при проведении измерения плотности дифманометрическим способом конструктивно устройство (прибор) содержит один датчик давления - чувствительный пьезорезистивный элемент, который помещен в специальный корпус и делит внутреннюю полость устройства на две части при конструктивном обеспечении равенства их объемов, корпус прикреплен к пластине, два разделителя мембранных жестко прикрепленные на расстоянии (базе измерений) друг от друга по высоте с обратной стороны пластины вдоль нее, при этом каждый разделитель мембранный выполнен в виде корпуса с упругой мембраной толщиной от 0,05 до 0,08 мм и подмембранная полость каждого соединена жестко закрепленными трубками фиксированной конфигурации с соответствующей полостью корпуса пьезорезистивного элемента, нижняя и верхняя упругие мембраны сообщены через заполняющую полости устройства специально выбранную кремнийорганическую жидкость соответственно с лицевой и тыльной сторонами пьезорезистивного элемента разделяющего внутреннюю полость устройства на две, давление столба измеряемой жидкости, действующее на упругие мембраны разделителя мембранного, передается через кремнийорганическую жидкость на тыльную и лицевую стороны пьезорезистивного элемента преобразовывается в пропорциональный разности этих давлений и соответственно плотности электрический сигнал, а к корпусу первичного преобразователя прикреплен блок электроники, на плату которого, поступает выходной разностный сигнал для преобразования в нормированный термокомпенсированный выходной токовый сигнал, к пластине прикреплена полая штанга (труба) с кабельными вводами для удержания устройства в вертикальном положении при погружении в жидкую среду и передачи по кабелю, проходящему через штангу этого выходного сигнала соответствующего величине измеряемой плотности жидкой среды.The specified technical result is achieved by the fact that the device for measuring the density of any contaminated and clean liquid media is characterized by the fact that when carrying out the density measurement by the differential pressure method, the device (device) constructively contains one pressure sensor - a sensitive piezoresistive element, which is placed in a special housing and divides the internal cavity two-part devices with structural equality of their volumes, the housing is attached to the plate, two membrane dividers are rigidly attached at a distance (measurement base) from each other in height from the back of the plate along it, with each membrane separator made in the form of a housing with an elastic membrane with a thickness of 0.05 to 0.08 mm and a submembrane cavity of each connected by rigidly fixed tubes fixed configurations with the corresponding body cavity of the piezoresistive element, the lower and upper elastic membranes are communicated through a specially selected organosilicon fluid through the filling cavities of the device, respectively, with the front and back sides we piezoresistive element separating the internal cavity of the device into two, the pressure of the measured liquid column acting on the elastic membrane of the membrane separator is transmitted through an organosilicon liquid to the back and front sides of the piezoresistive element is converted into an electrical signal proportional to the difference of these pressures and density, and to the body of the primary transducer an electronic unit is attached, on the board of which an output differential signal is supplied for conversion into normalized thermally compensated output current signal; a hollow rod (pipe) with cable entries is attached to the plate to hold the device in a vertical position when immersed in a liquid medium and transmit through the cable passing through the rod of this output signal the corresponding value of the measured density of the liquid medium.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are significant and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present utility model is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг.1 корпус первичного преобразователя поз.4 и блок электроники поз.6 условно повернуты и приподняты над основанием поз.1 и сделаны частичные разрезы для наглядности;In Fig. 1, the housing of the primary converter pos. 4 and the electronics unit pos. 6 are conventionally rotated and raised above the base of pos. 1 and partial cuts are made for clarity;

фиг.2 - вид А по фиг.1, показано устройство без кожуха с частичными разрезами.figure 2 is a view And figure 1, shows a device without a casing with partial cuts.

Согласно настоящего изобретения рассматривается устройство измерения разности давлений, которое конструктивно выполнено для целей автоматического контроля и измерения плотности любых, в том числе «грязных» (загрязненных) жидких сред и может быть отградуировано конкретно в единицах плотности.According to the present invention, there is considered a device for measuring the differential pressure, which is structurally made for the purpose of automatic control and density measurement of any, including "dirty" (contaminated) liquid media and can be calibrated specifically in units of density.

Устройство выполнено в виде единой конструкции, закрепленной на несущей пластине, являющейся основанием 1 (далее - основание) с целью сохранения его параметров неизменными после окончательной сборки, настройки и градуировки, для проведения измерений путем вертикального погружения его в емкость с измеряемой жидкостью, либо обеспечения передачи воздействия столба этой жидкости на упругие мембраны разделителя мембранного иным способом, при условии сохранения вертикального расположения.The device is made in the form of a single structure mounted on a carrier plate, which is the base 1 (hereinafter referred to as the base) in order to keep its parameters unchanged after final assembly, adjustment and calibration, for measurements by vertical immersion in a container with a measured liquid, or to ensure transfer the effects of the column of this liquid on the elastic membrane of the membrane separator in a different way, provided that the vertical arrangement is maintained.

Для проведении измерения плотности дифманометрическим способом устройство содержит один датчик давления, представляющий собой чувствительный пьезорезистивный элемент, который помещен в прикрепленный к пластине корпус и делит внутреннюю полость устройства на две полости равного объема, два разделителя мембранных жестко прикрепленных на расстоянии, являющемся базой измерений, друг от друга по высоте с обратной стороны пластины вдоль нее, при этом каждый разделитель мембранный выполнен в виде корпуса с упругой мембраной и подмембранная полость каждого сообщена через прикрепленные жестко трубки с соответствующей полостью корпуса пьезорезистивного элемента, полости под упругими мембранами нижнее (внизу) и верхнее (вверху) расположенных разделителей мембранных сообщены через заполняющую их и трубки кремнийорганическую жидкость соответственно с полостями корпуса датчика давления с лицевой и тыльной стороны пьезорезистивного элемента, а к корпусу датчика давления прикреплен блок электроники, для обработки выходной разностного сигнала, полученного в результате разницы давлений столбов измеряемой жидкости, и преобразования его в нормированный термокомпенсированный выходной токовый сигнал, при этом к пластине прикреплена полая штанга с кабельными вводами для удержания устройства в вертикальном положении при погружении в жидкую среду и передачи по кабелю, проходящему через штангу, указанного выходного сигнала, соответствующего величине измеряемой плотности жидкой среды.To carry out density measurement by the diffanometric method, the device contains one pressure sensor, which is a sensitive piezoresistive element, which is placed in a housing attached to the plate and divides the internal cavity of the device into two cavities of equal volume, two membrane dividers rigidly attached at a distance, which is the basis of measurements, from each other in height from the back of the plate along it, while each membrane separator is made in the form of a housing with an elastic membrane and a submembrane each cavity is communicated through rigidly attached tubes with the corresponding cavity of the piezoresistive element housing, the cavities under the elastic membranes the lower (lower) and upper (upper) located membrane separators are communicated through organosilicon fluid filling them and the tubes, respectively, with the pressure sensor housing cavities on the front and back sides a piezoresistive element, and an electronics unit is attached to the pressure sensor housing to process the output difference signal resulting from the different pressure points of the measured liquid columns and converting it into a normalized thermally compensated output current signal, while a hollow rod with cable entries is attached to the plate to hold the device in a vertical position when immersed in a liquid medium and transmit the specified output signal through a cable passing through the rod, corresponding to the value of the measured density of the liquid medium.

Ниже рассматривается конкретный пример исполнения устройства.The following is a specific example of the device.

Конструкция устройства включает в себя один корпусированый специальным образом чувствительный пьезорезистивный элемент 3 (первичный преобразователь - датчик давления), который герметично разделяет устройство на две полости (два объема). Конструкция корпуса 4 первичного преобразователя обеспечивает возможность присоединения к нему через транспортные трубки 5 двух разделителей мембранных (далее - РМ) 2, содержащих упругие мембраны, подачи электрического питания на пьезорезистивный элемент 3 первичного преобразователя и вывод с него электрического сигнала для дальнейшей обработки платой блока электроники 6 (далее - БЭ), присоединенного к этому же корпусу 4.The design of the device includes one specially encapsulated sensitive piezoresistive element 3 (primary transducer - pressure sensor), which hermetically separates the device into two cavities (two volumes). The design of the housing 4 of the primary transducer provides the possibility of attaching to it through transport tubes 5 two membrane dividers (hereinafter referred to as the PM) 2 containing elastic membranes, supplying electric power to the piezoresistive element 3 of the primary transducer and outputting an electric signal from it for further processing by the electronics board 6 (hereinafter - BE) connected to the same building 4.

Известные в настоящее время приборы для измерения плотности растворов, включают в себя два датчика давления, расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга. Однако использование в конструкции одного датчика давления (первичного преобразователя - пьезорезистивный элемент 3) при конструктивном обеспечении измерения разницы давлений двух уровней (высот - Δh=const) одного и того же столба жидкости обеспечивает повышение надежности и облегчает получение требуемого не худшего класса точности при снижении требований к классу используемого датчика.Currently known instruments for measuring the density of solutions include two pressure sensors located at a fixed distance from each other. However, the use of a single pressure sensor in the design (the primary transducer is a piezoresistive element 3) while constructively ensuring the measurement of the pressure difference of two levels (heights - Δh = const) of the same liquid column provides increased reliability and facilitates the obtaining of the required not worse accuracy class while reducing requirements to the class of the sensor used.

Конструкция выполнена таким образом, что элементы устройства расположены по разные стороны основания 1. Корпуса 7 разделителей мембранных (далее - корпус РМ) приклеены к основанию 1 на герметик и притянуты к нему с обратной стороны гайкой. Корпус 4 первичного преобразователя с присоединенными к нему остальными элементами конструкции притянут болтами к другой стороне основания 1. РМ герметично соединяются с полостями корпуса 4 первичного преобразователя посредством металлических транспортных трубок 5. Один конец трубок резьбо-паяным неразъемным соединением присоединен к корпусу 4 первичного преобразователя, а другой через фланец, приваренный к другому концу трубки и прокладку посредством резьбового разъемного соединения прикреплен к корпусу 7 разделителя мембранного.The design is made in such a way that the elements of the device are located on opposite sides of the base 1. The housings 7 of the membrane dividers (hereinafter referred to as the PM housing) are glued to the base 1 on the sealant and pulled to it from the back by a nut. The housing 4 of the primary transducer with the remaining structural elements attached to it is bolted to the other side of the base 1. The PMs are hermetically connected to the cavities of the housing 4 of the primary transducer by means of metal transport tubes 5. One end of the tubes is threaded-soldered in one piece connected to the housing 4 of the primary transducer, and the other through a flange welded to the other end of the tube and the gasket by means of a threaded detachable connection is attached to the housing 7 of the membrane separator.

Таким образом, с учетом вертикального при эксплуатации расположения устройства конструктивно имеются две герметичные полости - нижняя 8 и верхняя 9. Общим разделяющим элементом этих полостей является первичный преобразователь (пьезорезистивный элемент 3). Все соединения, образующие полости, герметичны со степенью герметичности не хуже 10^-5 мкм рт ст×л/с по допускаемому потоку натекания гелия.Thus, taking into account the vertical position of the device during operation, there are structurally two sealed cavities - the lower 8 and the upper 9. The common separating element of these cavities is the primary transducer (piezoresistive element 3). All compounds forming the cavity are sealed with a degree of tightness not worse than 10 ^-5 μm Hg × 1 / s according to the allowable flow of helium leakage.

Нижняя полость ограничена внутренними поверхностями следующих конструктивных элементов: нижней упругой мембраны 10 РМ, нижнего корпуса 7 РМ, нижней транспортной (соединительной) трубки 5, части корпуса 4 первичного преобразователя и лицевой стороной первичного преобразователя (пьезорезистивный элемент 3).The lower cavity is limited by the internal surfaces of the following structural elements: lower elastic membrane 10 PM, lower case 7 PM, lower transport (connecting) tube 5, part of the housing 4 of the primary transducer and the front side of the primary transducer (piezoresistive element 3).

Верхняя полость ограничена внутренними поверхностями следующих конструктивных элементов: верхней упругой мембраны 10 РМ, верхнего корпуса 7 РМ, верхней транспортной (соединительной) трубки 5, части 4 корпуса первичного преобразователя и тыльной стороной первичного преобразователя.The upper cavity is limited by the internal surfaces of the following structural elements: the upper elastic membrane 10 PM, the upper housing 7 PM, the upper transport (connecting) tube 5, the primary converter housing part 4 and the rear side of the primary converter.

Корпус 4 первичного преобразователя с присоединенным к нему БЭ 6 располагается, как уже указывалось, с обратной стороны основания относительно РМ, между ними по середине при максимально возможном смещении к краю основания 1 относительно вертикальной оси симметрии, по которой располагаются РМ.The housing 4 of the primary transducer with the attached BE 6 is located, as already indicated, on the back side of the base relative to the PM, between them in the middle at the maximum possible offset to the edge of the base 1 relative to the vertical axis of symmetry along which the PM are located.

Такое конструкторское решение позволяет наиболее эффективно конструктивно решить вопрос максимально возможного равенства внутренних объемов нижней и верхней полостей устройства и тем самым минимизировать дополнительную температурную погрешность, возникающую за счет температурного объемного расширения заполняющей их кремнийорганической жидкости и соответственно облегчает ее компенсацию до требуемого класса точности устройства, а также позволяет реализовать при этом минимальное расстояние между центрами двух РМ, то есть - минимальную базу измерений.This design solution allows you to most constructively solve the issue of the maximum possible equality of the internal volumes of the lower and upper cavities of the device and thereby minimize the additional temperature error arising from the temperature volume expansion of the organosilicon liquid filling them and, accordingly, facilitate its compensation to the required accuracy class of the device, as well as allows you to realize the minimum distance between the centers of two RM, that is - a minimum nuyu measurement base.

Для каждой полости в корпусе 4 первичного преобразователя имеются специальным образом выполненные отверстия для вакуумного безвоздушного заполнения полостей вполне определенной специально подобранной кремнийорганической жидкостью. После заполнения полостей отверстия герметично For each cavity in the housing 4 of the primary transducer there are specially made openings for vacuum airless filling of the cavities with a well-defined specially selected organosilicon liquid. After filling the cavities of the hole, hermetically

«глушатся» конусными болтами. При этом чтобы в полостях не создавалось избыточное давление по мере вхождения конуса болта в полость вплоть до касания с острой кромкой, по которой он уплотняется, вытесняемая жидкость выливается через специальные отверстия. Такое конструкторское решение также позволяет избежать увеличения дополнительной температурной погрешности за счет излишнего напряжения мембранных элементов.“Jammed” with conical bolts. Moreover, in order to prevent overpressure in the cavities as the bolt cone enters the cavity until it touches the sharp edge along which it is sealed, the displaced fluid is poured through special openings. This design solution also avoids the increase in additional temperature error due to excessive voltage of the membrane elements.

В качестве жидкости для заполнения, оптимальным образом сочетающей химические свойства, параметры необходимые для качественного вакуумного заполнения и обеспечения необходимых технических характеристик устройства, выбрана кремнийорганическая жидкость ПЭС5 (Полиэтилсилаксан 5). Жидкость образует в полостях гидравлические каналы, по которым воздействие измеряемой среды на упругие мембраны 10 РМ, являющиеся разделительными элементами устройства, передается на лицевую и тыльную стороны первичного преобразователя (пьезорезистивный элемент 3).As a filling fluid that optimally combines the chemical properties, parameters necessary for high-quality vacuum filling and ensuring the necessary technical characteristics of the device, PES5 silicone fluid (Polyethylsilaxane 5) was chosen. The liquid forms hydraulic channels in the cavities, through which the influence of the measured medium on the elastic membranes 10 PM, which are the dividing elements of the device, is transmitted to the front and back sides of the primary transducer (piezoresistive element 3).

Таким образом, упругая мембрана 10 нижнего РМ и соответственно лицевая сторона пьезорезистивного элемента 3 первичного преобразователя через гидравлический канал воспринимает давление столба жидкой среды высотой h₂, a мембрана 10 верхнего РМ и соответственно тыльная сторона пьезорезистивного элемента 3 первичного преобразователя таким же образом воспринимает давление того же столба жидкой среды, но высотой h₁. В итоге величина разницы давлений этих столбов жидкости (ΔР=ρ(h₂-h₁)=ρΔh, где ρ - плотность) суммарно действующая на чувствительный пьезорезистивный элемент 3 (первичный преобразователь) и преобразовывается им в пропорциональный выходной электрический сигнал напряжения. При этом Δh - определяется конструктивными параметрами устройства и равно расстоянию между разделителями мембранными.Thus, the elastic membrane 10 of the lower PM and, respectively, the front side of the piezoresistive element 3 of the primary transducer through the hydraulic channel perceives the pressure of a column of liquid medium of height h ₂ , and the membrane 10 of the upper PM and, respectively, the back side of the piezoresistive element 3 of the primary transducer in the same way perceives the pressure of the same column of liquid medium, but with a height of h ₁ . As a result, the pressure difference of these columns of liquid (ΔP = ρ (h ₂ -h ₁ ) = ρΔh, where ρ is the density) is the total acting on the sensitive piezoresistive element 3 (primary transducer) and is converted by it into a proportional electrical voltage output signal. In this case, Δh - is determined by the design parameters of the device and is equal to the distance between the membrane separators.

Это расстояние определяется как база измерений и для различных моделей может быть от 100 мм и выше, и определяет линейные размеры устройства. Минимально реализованные размеры преобразователя составляют - 121×285×95 (ширина×высота×толщина). Размеры приведены с учетом защитных перфорированных кожухов 11.This distance is determined as the measurement base and for various models can be from 100 mm and above, and determines the linear dimensions of the device. The minimum realized dimensions of the converter are 121 × 285 × 95 (width × height × thickness). Dimensions are given taking into account the protective perforated covers 11.

Этот сигнал подается на плату БЭ 6, герметично присоединенного к корпусу 4 первичного преобразователя, для преобразования в нормированный выходной токовый сигнал величиной 4-20 мА и термокомпенсации температурного ухода нуля и чувствительности первичного преобразователя и преобразователя в целом в диапазоне рабочих температур в соответствии с заявленным классом точности. На плате БЭ 6 реализована специально разработанная для устройства электрическая схема, позволяющая осуществлять преобразование входного сигнала напряжения величиной от 5 мВ в нормированный токовый сигнал величиной 4-20 мА. При помощи этой же схемы осуществляются компенсации температурного ухода (температурной зависимости) отдельно и независимо нулевого сигнала и чувствительности Преобразователя отдельно и независимо в пределах класса точности до 0,1 для плюсовой и отрицательной ветки его рабочего температурного диапазона величиной до 5%×10°С^-1 от сигнала соответствующего верхнему пределу измерений при нормальной температуре.This signal is fed to the board BE 6, hermetically connected to the housing 4 of the primary Converter, for conversion into a normalized output current signal of 4-20 mA and thermal compensation of the temperature deviation of zero and the sensitivity of the primary Converter and the Converter as a whole in the operating temperature range in accordance with the declared class accuracy. An electric circuit specially developed for the device is implemented on the BE 6 board, which allows converting an input voltage signal with a value of 5 mV into a normalized current signal of 4-20 mA. Using the same scheme, compensation of temperature loss (temperature dependence) is carried out separately and independently of the zero signal and the sensitivity of the Converter separately and independently within the accuracy class of up to 0.1 for the plus and negative branches of its operating temperature range of up to 5% × 10 ° С ^{- 1} from the signal corresponding to the upper limit of measurements at normal temperature.

Электрическое питание схемы платы БЭ 6 и вывод рабочего сигнала устройства осуществляются по кабелю КУПЭВ (2×2×0,35)э. Кабель вводится в БЭ 6 через металлический кабельный ввод МВА 16-10. Кабельный ввод герметично соединяется с БЭ 6. Блок электроники и полость корпуса первичного преобразователя, через которую выводятся провода от первичного преобразователя, залиты специальным электроизоляционным компаундом.The electric power supply for the circuit board of the BE 6 board and the output of the working signal of the device are carried out via the KUPEV cable (2 × 2 × 0.35) e. The cable is inserted into the BE 6 through the metal cable entry MVA 16-10. The cable entry is hermetically connected to BE 6. The electronics unit and the cavity of the primary converter housing, through which the wires from the primary converter are output, are filled with a special electrical insulating compound.

Кабель выводится через металлическую штангу 12 (трубу), длина которой меняется в зависимости от необходимой глубины погружения устройства. Штанга крепится к основанию 1 при помощи втулок закрепленных на нем. Кабель вводится в штангу и выводится из нее через полиамидные кабельные вводы PGA9-08x герметично закрепленные на ее концах.The cable is led out through a metal rod 12 (pipe), the length of which varies depending on the required immersion depth of the device. The rod is attached to the base 1 using bushings mounted on it. The cable is inserted into and removed from the rod via PGA9-08x polyamide cable glands tightly fixed at its ends.

К нижней части основания 1 через втулки крепится выдвижная съемная опора 13, позволяющая поднять устройство на определенную высоту от дна емкости в которой находится измеряемая жидкость. На штанге имеется устройство закрепления 14, позволяющее прикрепить устройство к горизонтальной или вертикальной плоскости (поверхности).To the lower part of the base 1, through the bushings, a retractable removable support 13 is mounted, which allows the device to be raised to a certain height from the bottom of the container in which the measured liquid is located. On the bar there is a fixing device 14, which allows you to attach the device to a horizontal or vertical plane (surface).

Для удобства пользования и сохранности элементов конструкции устройства они защищены с обоих сторон основания 1 перфорированными кожухами 11, закрепленными на основании.For ease of use and safety of the structural elements of the device, they are protected on both sides of the base 1 by perforated casings 11 mounted on the base.

В зависимости от модели устройства корпус 4 первичного преобразователя может быть выполнен либо в виде сборного прямоугольного параллелепипеда с перпендикулярно закрепленным к одной из его сторон блоком электроники БЭ 6, либо в виде сборного цилиндра с закрепленным со стороны одного из его оснований БЭ.Depending on the model of the device, the housing 4 of the primary converter can be made either in the form of a prefabricated rectangular parallelepiped with a BE 6 electronics unit perpendicularly fixed to one of its sides, or in the form of a prefabricated cylinder with a BE fixed from one of its bases.

Claims (1)

Устройство измерения плотности загрязненных и чистых жидких сред, характеризующееся тем, что для проведения измерения плотности дифманометрическим способом устройство содержит один датчик давления, представляющий собой чувствительный пьезорезистивный элемент, который помещен в прикрепленный к пластине корпус и делит внутреннюю полость устройства на две полости равного объема, два разделителя мембранных, жестко прикрепленных на расстоянии, являющемся базой измерений, друг от друга по высоте с обратной стороны пластины вдоль нее, при этом каждый разделитель мембранный выполнен в виде корпуса с упругой мембраной, и подмембранная полость каждого сообщена через прикрепленные жестко трубки с соответствующей полостью корпуса пьезорезистивного элемента, полости под упругими мембранами ниже и выше расположенных разделителей мембранных сообщены через заполняющую их и трубки кремнийорганическую жидкость соответственно с полостями корпуса датчика давления с лицевой и тыльной стороны пьезорезистивного элемента, а к корпусу датчика давления прикреплен блок электроники для обработки выходного разностного сигнала, полученного в результате разницы давлений столбов измеряемой жидкости, и преобразования его в нормированный термокомпенсированный выходной токовый сигнал, при этом к пластине прикреплена полая штанга с кабельными вводами для удержания устройства в вертикальном положении при погружении в жидкую среду и передачи по кабелю, проходящему через штангу указанного выходного сигнала, соответствующего величине измеряемой плотности жидкой среды.

A device for measuring the density of contaminated and clean liquid media, characterized in that for carrying out a density measurement by the diffanometric method, the device contains one pressure sensor, which is a sensitive piezoresistive element, which is placed in a housing attached to the plate and divides the internal cavity of the device into two cavities of equal volume, two membrane separator, rigidly attached at a distance, which is the basis of measurements, from each other in height from the back of the plate along it, with each membrane separator is made in the form of a body with an elastic membrane, and the submembrane cavity of each is communicated through rigidly attached tubes with the corresponding cavity of the piezoresistive element body, the cavities under the elastic membranes below and above the membrane separators are communicated through organosilicon liquid filling them and the tubes, respectively, with the body cavities a pressure sensor on the front and back of the piezoresistive element, and an electronics unit is attached to the pressure sensor housing To process the output differential signal obtained as a result of the pressure difference between the columns of the measured liquid and convert it into a normalized thermally compensated output current signal, a hollow rod with cable entries is attached to the plate to hold the device in a vertical position when immersed in a liquid medium and transmitted via cable passing through the bar of the specified output signal corresponding to the value of the measured density of the liquid medium.